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记者 罗忠河 报道
6月28日,中国中车面向全球首次发布系列化新能源机车,7款代表车型在发布会上集中亮相。系列机车具有“内燃发动机+动力电池”“动力电池”“氢燃料电池”3种动力配置,涵盖1000千瓦到2000千瓦多种功率,可实现低碳零碳排放、低噪声、高效率运行,将有效解决老旧内燃机车存在的“油耗大、排放高、噪声大、舒适性差”等问题。这只是铁路车辆行业加快绿色低碳转型的一个缩影。
2020年出台的《新时代交通强国铁路先行规划纲要》提出,要加强新型载运工具研发应用。例如,加快复兴号系列化动车组研制,研究新一代高速动车组、智能动车组、城际及市域动车组、旅游新型列车,换代升级普速客车;研发高速货运动车组、3万吨级重载列车以及时速160公里及以上快捷货运、27吨及以上轴重重载货运、标准化集装箱化货运装备、新型冷链、驮背运输、跨境联运及特种货运等新型专用车辆;完善机车产品谱系,研制新一代电力、内燃、混合动力、新能源及多源制机车;研发应用智能大型养路机械、新型智能综合检测和综合作业装备以及智能检测监测、运营维护等技术;研发适应铁路走出去要求的系列载运装备及其运维体系。
铁路车辆转型升级步伐加快,对钢材提出了哪些新要求?为此,《中国冶金报》记者采访了铁路方面的专家。
铁路车辆加快朝轻量化、大载重、长寿命、低碳高效运行迈进
据这位专家介绍,近年来,我国铁路车辆加快朝轻量化、大载重、长寿命、低碳高效运行发展。接着,他按照机车、货车、客车三大类铁路车辆进行了介绍。
随着环保要求越来越高和铁路电气化率提高,铁路机车结构调整步伐进一步加快。根据铁路统计公报,全国铁路机车拥有量从2010年的1.94万台增加至2023年的2.24万台,总体呈稳步增长的态势。其中,内燃机车以存量调整为主,总体呈下降的态势,从1.1万台降至0.78万台;电力机车呈现大幅增长的发展态势,从0.84万台增加到1.46万台(详见下表)。内燃机车主要在非电气化铁路上使用,除少数部分线路可以进行电气化改造采用电力机车外,未来将逐步采用新能源机车替代。
铁路货车朝大轴重、大载重、耐腐蚀等方向迈进。随着我国货运量的大幅增长和“公转铁”的推进,全国铁路货车拥有量增长迅速,从2010年的62.2万台增加到2023年的100.7万台,增长了65%,仅2023年就增长1万台左右。铁路货车加快朝大轴重、大载重方向发展,比如C80E型通用敞车轴重27吨、 C96(H)型运煤专用敞车轴重30吨。如今,3万吨重载列车已在大秦线上常态化开行;今年4月20日,3万吨重载列车又在朔黄铁路运行试验成功。总之,重载列车已成为趋势。
我国CR400复兴号动车组在世界上实现“领跑”。我国高速动车组制造是从大规模技术引进开始的,2004年引进国外高速动车组技术,在消化、吸收再创新的基础上,生产出了“和谐号”系列高速动车组。2012年—2017年,由国铁集团主导,中国铁道科学研究院技术牵头,中车所属企业设计制造,生产出了中国自行设计研制、拥有完全自主知识产权的CR400复兴号动车组。随着我国客运量的大幅增长和高铁建设步伐加快,全国铁路客车拥有量从2010年的5.21万台增加到2023年的7.8万台,主要体现在动车组车辆增量上,从2011年的652组、6792辆猛增到2023年的4427标准组、35416辆。
铁路车辆用钢向高强、耐蚀、耐候、长寿命方向发展
铁路车辆用钢主要在车体、转向架、轮轴及其他部件上。铁路行业的专家告诉《中国冶金报》记者,我国铁路机车、货车所用钢材几乎都是国产,主要是高铁动车组所用的高速车轮和转向架用钢一直采用进口产品。随着绿色低碳转型升级步伐加快,我国铁路车辆对钢材提出了高强度、高耐蚀性、高耐候性、长寿命等升级要求。
机车车体用钢主要有普碳钢、低合金高强钢、耐候钢3类,现在主要采用低合金高强钢。比如,鞍钢通过自主开发、与中车相关企业合作研发等形式,针对轨道机车车辆需求先后开发出355兆帕级、460兆帕级、500兆帕级大功率电力机车整车全系列用钢等多个轨道交通装备用钢材品种。再如,中车株洲电力机车公司以电力机车、城轨车辆、动车组为三大主业,其中机车车体主要采用Q355NH等耐候钢板。另外,转向架是轨道车辆的关键部件,如中车株洲公司的机车转向架采用了16MnDR钢板等。据了解,中车株洲公司所用钢材主要从湘钢、涟钢、新钢等钢厂采购,钢材年采购量在2万吨左右。
铁路货车车体结构材料现在几乎都采用耐候钢,少数采用不锈钢、铝合金。目前,货车车体材料主要采用Q450NQR1高强耐候钢,但近年来正在进行材料的升级换代。以近年来重点发展的C70、C80敞车为例,比如 C80E型通用敞车轴重27吨,自重为26.5吨,除少量非金属件外,基本上都是钢材,大量采用了Q450EWR1(S450EW)、Q450AWR5 (S450AW)高耐蚀型耐候钢。其中,板材、型材用量在14吨以上,主要有Q450EWR1(S450EW)或Q450AWR5(S450AW)高耐蚀型耐候钢约9吨、Q450NQR1高强度耐候钢约2吨、T4003不锈钢1吨多,锻件、铸件大约12吨。再如2022年12月16日,全球首批70吨级新型复合材料运煤专用敞车在山西省太原市下线,采用中国宝武太钢集团、中车太原公司和宁夏宁东铁路有限公司合作研发的高强耐蚀不锈钢复合材料TE4003C5®制造。据悉,我国新造货车预计车体用耐候钢年用量为30万吨~40万吨,再加上路外企业自备车辆及出口车辆,实际用量在50万吨左右。
现在,我国最新的铁路客车主要是复兴号中国标准动车组,有CR400、CR300、CR200三个系列,是我国自主研发、具有完全知识产权的新一代动车组。其中,CR200动车组车体、车轮(车轴)、转向架等重要部件几乎全部采用国产钢材;CR400、CR300主要采用铝合金车体,用钢部件主要为车轮(车轴)、转向架,目前几乎都采用国外进口材料。不过,现在,我国高速动车组用车轮和转向架用钢取得了重要突破。7月24日21时17分,G6410次复兴号动车驶入长沙南站,稳稳停靠站台,这标志着整列装用在复兴号动车组上的马钢时速350公里高速车轮率先“跑”完安全服役60万公里,向着商业化批量应用迈出关键一步。据知情人士透露,相比国外进口的高速车轮,国产高速车轮价格可以降低一半左右,国产化替代前景看好。与此同时,鞍钢集团经过近10年的持续技术攻关和优化升级,成功打破国外垄断,其开发的高速列车转向架用钢使鞍钢成为国内时速350千米复兴号中国标准动车组的唯一合格供应钢企。
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“复兴号”中国标准动车组
新一代标准动车组“复兴号”是中国自主研发、具有完全知识产权的新一代高速列车,它集成了大量现代国产高新技术,牵引、制动、网络、转向架、轮轴等关键技术实现重要突破,是中国科技创新的又一重大成果。复兴号动车组有CR400、CR300、CR200三个系列。其中,CR是“China Railway”的缩写,即“中国铁路”的英文简写;数字表示最高时速,CR400、CR300、CR200表示最高时速分别为400公里、300公里、200公里,而持续时速分别对应350公里、250公里、160公里,适应于高速铁路、快速铁路、城际铁路。
高速车轮国产化历程
2008年,马钢启动高速车轮国产化项目。
2014年,马钢参与原中国铁路总公司(现为国铁集团)设立重大课题“动车组关键技术自主创新深化研究——时速350公里中国标准动车组轮轴设计研究”,作为课题组主要成员参与项目全过程并重点负责车轮开发。马钢十年磨一剑,打破了传统碳素钢体系构架,采用微合金化技术,设计出完全本土化的D2材质高速车轮,并匹配复合热处理技术,使其综合性能优于进口ER8材质车轮。
2015年,D2车轮装配于“蓝海豚”和“金凤凰”中国标准动车组,并顺利通过60万公里装车运营考核。
2024年1月份,马钢时速350公里高速车轮整列装配“复兴号”载客运行;7月24日,整列装配马钢时速350公里高速车轮的G6410次复兴号动车组驶入长沙南站,率先“跑”完安全服役60万公里。
